Программисты Python используют хеширование для преобразования входных данных в значение фиксированного размера. Это значение представляет данные уникальным образом, а метод хеширования позволяет легко передавать и безопасно хранить различные формы данных.

Хеширование защищает данные от несанкционированного доступа и подделки. Это важный компонент в сценариях использования целостности и безопасности данных.

В этой статье рассматривается все, что вам нужно знать о хешировании в Python. В нем подробно рассматривается использование хеширования и освещаются различные алгоритмы хеширования, которые делают ваш код более эффективным, безопасным и надежным.

Что такое хеширование в Python?

Хеширование преобразует входные данные, такие как строка, файл или объект, в строку байтов фиксированного размера. Хэш или дайджест представляет входные данные уникальным и воспроизводимым образом.

Хеширование играет важную роль в обнаружении манипуляций с данными и повышении безопасности. Он может вычислить хэш-значение файла, сообщения или другой части данных. Приложение надежно сохраняет хэш, чтобы позже убедиться, что данные не были подделаны.

Одним из наиболее распространенных применений хеширования в сфере безопасности является хранение паролей. Хеширование — это жизнеспособная альтернатива хранению паролей в виде простого текста в базе данных. Когда пользователь вводит свой пароль, система хеширует его перед сохранением в базе данных. Если хакер получит доступ к базе данных, он обнаружит, что пароль трудно украсть.

Хеш-функции Python делают все это возможным. Эти математические функции позволяют приложению преобразовывать данные в хеш-значения.

Как создать эффективную функцию хеширования

Чтобы быть эффективной и безопасной, функция хеширования должна соответствовать следующим критериям:

  • Детерминированный — Учитывая одни и те же входные данные, функция всегда должна возвращать один и тот же результат.
  • Эффективный — Он должен быть эффективным в вычислительном отношении при вычислении хэш-значения любого заданного ввода.
  • Устойчивость к столкновениям — Функция должна минимизировать вероятность того, что два входа будут иметь одно и то же значение хеш-функции.
  • Униформа — Выходные данные функции должны быть равномерно распределены по диапазону возможных значений хеш-функции.
  • Необратимый — Маловероятно, чтобы компьютер вычислил входное значение функции на основе значения хеш-функции.
  • Непредсказуемый — Прогнозирование результатов функции должно быть сложной задачей, учитывая набор входных данных.
  • Чувствителен к изменениям ввода — Функция должна быть чувствительна к незначительным различиям во входных данных. Небольшие изменения должны привести к большой разнице в результирующем значении хеш-функции.

Варианты использования хеширования

Если у вас есть адекватная функция хеширования со всеми этими характеристиками, вы можете применять ее в различных случаях использования. Функции хеширования хорошо работают для:

  • Хранение паролей — Хеширование — один из лучших способов хранения паролей пользователей в современных системах. Python объединяет различные модули для хеширования и защиты паролей перед их сохранением в базе данных.
  • Кэширование — Хеширование сохраняет выходные данные функции, чтобы сэкономить время при ее дальнейшем вызове.
  • Получение данных — Python использует хеш-таблицу со встроенной словарной структурой данных для быстрого получения значений по ключу.
  • Цифровые подписи — Хеширование позволяет проверить подлинность сообщений, имеющих цифровые подписи.
  • Проверка целостности файлов — Хеширование позволяет проверить целостность файла во время его передачи и скачивания.

Встроенная функция хеширования Python

Встроенная функция хеширования Python, hash(), возвращает целочисленное значение, представляющее входной объект. Затем код использует полученное значение хеш-функции для определения местоположения объекта в хеш-таблице. Эта хеш-таблица представляет собой структуру данных, реализующую словари и наборы.

Код ниже демонстрирует, как hash() функция работает:

my_string = "hello world"

# Calculate the hash value of the string
hash_value = hash(my_string)

# Print the string and its hash value
print("String: ", my_string)
print("Hash value: ", hash_value)

Если мы сохраним этот код в файле с именем хэш.pyмы можем выполнить его (и увидеть результат) следующим образом:

% python3 hash.py
String:  hello world
Hash value:  2213812294562653681

Давайте запустим это еще раз:

% python3 hash.py
String:  hello world
Hash value:  -631897764808734609

Значение хеш-функции будет другим при повторном вызове, поскольку в последних выпусках Python (версии 3.3 и выше) по умолчанию для этой функции применяется случайное начальное значение хеш-функции. Начальное значение меняется при каждом вызове Python. В пределах одного экземпляра результаты будут идентичными.

Например, давайте поместим этот код в наш хэш.py файл:

my_string = "hello world"

# Calculate 2 hash values of the string
hash_value1 = hash(my_string)
hash_value2 = hash(my_string)

# Print the string and its hash values
print("String: ", my_string)
print("Hash value 1: ", hash_value1)
print("Hash value 2: ", hash_value2)

При выполнении мы видим что-то вроде этого:

String: hello world
Hash value 1:  -7779434013116951864
Hash value 2:  -7779434013116951864

Ограничения хеширования

Хотя хеш-функция Python перспективна для различных случаев использования, ее ограничения делают ее непригодной для целей безопасности. Вот как:

  • Атаки столкновения — Коллизия возникает, когда два разных входа выдают одно и то же значение хеш-функции. Злоумышленник может использовать тот же метод ввода данных, чтобы обойти меры безопасности, которые полагаются на хеш-значения для аутентификации или проверки целостности данных.
  • Ограниченный размер ввода — Поскольку хеш-функции выдают выходные данные фиксированного размера независимо от размера входных данных, входные данные, размер которых превышает размер выходных данных хеш-функции, могут вызвать коллизию.
  • Предсказуемость — Хэш-функция должна быть детерминированной, выдавать один и тот же результат каждый раз, когда вы предоставляете одни и те же входные данные. Злоумышленники могут воспользоваться этой слабостью, предварительно скомпилировав хэш-значения для многих входных данных, а затем сравнив их с хэшами целевых значений, чтобы найти совпадение. Этот процесс называется атакой радужной таблицы.

Чтобы предотвратить атаки и обеспечить безопасность ваших данных, используйте безопасные алгоритмы хеширования, разработанные для защиты от таких уязвимостей.

Использование hashlib для безопасного хеширования в Python

Вместо использования встроенного Python hash()использовать хэшлиб для более безопасного хеширования. Этот модуль Python предлагает различные алгоритмы хеширования для безопасного хеширования данных. Эти алгоритмы включают MD5, SHA-1 и более безопасное семейство SHA-2, включая SHA-256, SHA-384, SHA-512 и другие.

MD5

Широко используемый криптографический алгоритм MD5 выявляет 128-битное хэш-значение. Используйте приведенный ниже код, чтобы сгенерировать хэш MD5, используя хэшлиб's md5 конструктор:

import hashlib

text = "Hello World"
hash_object = hashlib.md5(text.encode())
print(hash_object.hexdigest())

Вывод вышеизложенного (в нашем хэш.py file) будет единообразен при всех вызовах:

b10a8db164e0754105b7a99be72e3fe5

Примечание: hexdigest() Метод в приведенном выше коде возвращает хэш в шестнадцатеричном формате, безопасном для любого недвоичного представления (например, электронной почты).

ША-1

Хеш-функция SHA-1 защищает данные, создавая 160-битное хеш-значение. Используйте приведенный ниже код с sha1 конструктор для хэшлиб хэш SHA-1 модуля:

import hashlib

text = "Hello World"
hash_object = hashlib.sha1(text.encode())
print(hash_object.hexdigest())

Вывод вышеизложенного:

0a4d55a8d778e5022fab701977c5d840bbc486d0

ША-256

В семействе SHA-2 существуют различные варианты хэширования. хэшлиб Конструктор SHA-256 генерирует более безопасную версию этого семейства с 256-битным хеш-значением.

Программисты часто используют SHA-256 для криптографии, например, для цифровых подписей или кодов аутентификации сообщений. Код ниже демонстрирует, как сгенерировать хэш SHA-256:

import hashlib

text = "Hello World"
hash_object = hashlib.sha256(text.encode())
print(hash_object.hexdigest())

Вывод вышеизложенного:

a591a6d40bf420404a011733cfb7b190d62c65bf0bcda32b57b277d9ad9f146e

ША-384

SHA-384 — это 384-битное хэш-значение. Программисты часто используют функцию SHA-384 в приложениях, требующих большей безопасности данных.

Основываясь на предыдущих примерах, вы, вероятно, можете догадаться, что это оператор, который генерирует хэш SHA-384:

hash_object = hashlib.sha384(text.encode())

ША-512

SHA-512 — самый безопасный член семейства SHA-2. Получается 512-битное хеш-значение. Программисты используют его для приложений с высокой пропускной способностью, таких как проверка целостности данных. В приведенном ниже коде показано, как сгенерировать хэш SHA-512 с помощью хэшлиб модуль на Python:

hash_object = hashlib.sha512(text.encode())

Как выбрать алгоритм хеширования

Поскольку эти алгоритмы различаются, выберите алгоритм хеширования в зависимости от вашего варианта использования и требований безопасности. Вот несколько шагов, которые необходимо выполнить:

  • Понять вариант использования — Ваш вариант использования определяет, какой алгоритм использовать. Например, при хранении конфиденциальных данных, таких как пароли, ваш алгоритм хеширования должен защищать от атак методом перебора.
  • Учитывайте свои требования безопасности — Требования безопасности вашего варианта использования зависят от типа данных, которые вы собираетесь хранить, и они определяют, какой алгоритм выбрать. Например, надежный алгоритм хеширования лучше всего подходит для хранения высококонфиденциальной информации.
  • Изучите доступные алгоритмы хеширования — Изучите каждый тип хеширования, чтобы понять его сильные и слабые стороны. Эта информация поможет вам выбрать лучший вариант для вашего случая использования.
  • Оценить выбранный алгоритм хеширования — После того, как вы выберете алгоритм хеширования, оцените, соответствует ли он вашим требованиям безопасности. Этот процесс может включать тестирование на известные атаки или уязвимости.
  • Реализуйте и протестируйте алгоритм хеширования — Наконец, внедрите и тщательно протестируйте алгоритм, чтобы убедиться, что он работает правильно и безопасно.

Как использовать хеширование для хранения паролей

Хеширование имеет отличный потенциал для хранения паролей, важнейшего компонента кибербезопасности.

В идеале приложение хеширует и сохраняет пароли в защищенной базе данных, чтобы предотвратить несанкционированный доступ и утечку данных. Однако одного хеширования может быть недостаточно для защиты информации. Хешированные пароли по-прежнему уязвимы для перебора и атак по словарю. Хакеры обычно используют эти методы для подбора паролей и получения несанкционированного доступа к учетным записям.

Более безопасный способ использования хеширования для хранения паролей включает технику «соления». Соление добавляет к каждому паролю уникальные случайные строки или символы перед его хешированием. Соль уникальна для каждого пароля, и приложение сохраняет ее вместе с хешированным паролем в базе данных.

Каждый раз, когда пользователь входит в систему, приложение извлекает соль из базы данных, добавляет ее к введенному паролю, а затем хэширует объединенную соль и пароль.

Если злоумышленник получит доступ к базе данных, он должен вычислить хеш для каждого пароля и каждого возможного значения соли. Соление делает эти атаки более сложными, поэтому это полезный метод для предотвращения атак по словарю.

Python секреты Модуль облегчает засолку. Этот модуль генерирует случайные соли, безопасно хранит пароли и управляет токенами и криптографическими ключами.

В приведенном ниже коде используется хэшлиб библиотека и секреты модуль для дальнейшей защиты паролей пользователей:

import hashlib
import secrets

# Generate a random salt using the secrets module
salt = secrets.token_hex(16)

# Get the user's password from input
password = input("Enter your password: ")

# Hash the password using the salt and the SHA-256 algorithm
hash_object = hashlib.sha256((password + salt).encode())

# Get the hexadecimal representation of the hash
hash_hex = hash_object.hexdigest()

# Store the salt and hash_hex in your database

Как использовать хеширование для проверки целостности данных

Хеширование также помогает проверить целостность данных и защитить передаваемые данные от модификации и подделки. Этот четырехэтапный метод использует криптографическую хеш-функцию, чтобы придать файлу уникальное хеш-значение.

Сначала выберите подходящую хэш-функцию и используйте ее для генерации хеш-значения для входных данных. Сохраните это хэш-значение, а затем используйте его для сравнения, когда это необходимо. Всякий раз, когда вам необходимо проверить целостность данных, приложение генерирует хэш-значение текущих данных, используя ту же хеш-функцию. Затем приложение сравнивает новое значение хеш-функции с сохраненным значением, чтобы убедиться в их идентичности. Если да, то данные не повреждены.

Хэш-значение уникально, и даже незначительное изменение во входных данных приводит к значительному изменению хеш-значения. Это позволяет легко обнаружить любые несанкционированные изменения или модификации передаваемых данных.

Следующие шаги демонстрируют использование хэш-функции для проверки целостности данных.

Шаг 1. Импортируйте модуль hashlib.

import hashlib

Шаг 2. Используйте алгоритм хеширования hashlib

def generate_hash(file_path):

    # Open the file in binary mode
    with open(file_path, "rb") as f:

        # Read the contents of the file
        contents = f.read()

        # Generate the SHA-256 hash of the contents
        hash_object = hashlib.sha256(contents)

        # Return the hexadecimal representation of the hash
        return hash_object.hexdigest()

Шаг 3. Вызовите функцию и передайте путь к файлу.

file_path = "path/to/my/file.txt"
hash_value = generate_hash(file_path)
print(hash_value)

Шаг 4. Сгенерируйте хэши для исходного файла и переданного или измененного файла.

# Generate the hash of the original file
original_file_path = "path/to/my/file.txt"
original_file_hash = generate_hash(original_file_path)

# Transmit or modify the file (for example, by copying it to a different location)
transmitted_file_path = "path/to/transmitted/file.txt"

# Generate the hash of the transmitted file
transmitted_file_hash = generate_hash(transmitted_file_path)

Шаг 5: Сравните два хеша

if original_file_hash == transmitted_file_hash:
    print("The file has not been tampered with")
else:
    print("The file has been tampered with")

Краткое содержание

Хеширование имеет неоценимое значение для обеспечения целостности данных и безопасности паролей. Вы получаете максимальную отдачу от функции хеширования, если реализуете безопасные методы хеширования, например, используя метод хэшлиб модуль и засолка.

Эти методы помогают предотвратить радужные атаки, коллизионные атаки и другие уязвимости безопасности, влияющие на хеширование. Программисты часто используют эти методы с функциями хеширования в Python, чтобы обеспечить целостность данных файлов и безопасное хранение паролей.

Теперь, когда вы узнали больше о методах хеширования в Python, используйте их для повышения безопасности вашего собственного приложения. Изучите дополнительные статьи о Python в блоге Kinsta, чтобы расширить свой опыт, а затем рассмотрите возможность развертывания следующего приложения Python на платформе хостинга приложений Kinsta.